原理
HSDPA是TD-SCDMA/WCDMA在3GPPRel5中引入的增強型技術,通過採用AMC、HARQ和快速調度等技術,在基站側增加了一個實體MAC-hs用於數據的快速調度,可獲得較高的用戶峰值速率和小區數據吞吐率。在單載波下,TD-HSDPA可獲得最大2.8Mbps的理論吞吐量,多載波綁定時,可得nx2.8Mbps(n為綁定載波數)的理論吞吐率。
結構
1.1HSDPA協定棧結構
如圖1所示,引入HSDPA後,對UU口的影響主要是在MAC層增加了一個MAC-hs實體,位於MAC-d和Phy之間,用於對數據進行調度。MAC-hs實體的功能分別在UE和NodeB實現。對Iub的影響主要是增加了一個HS-DSCH數據幀和兩個HS-DSCH控制幀,用於在NodeB和SRNC之間進行HS-DSCH數據的傳輸和流量控制。
圖1HSDPA協定棧架構
1.2UTRAN側MAC結構
描述MAC-hs實體的結構及功能
UTRAN側MAC總體結構
如圖2所示為引入HSDPA後UTRAN側MAC總體結構。從結構上看,原有的MAC-d、MAC-c/sh沒有變化,只是新增了一個MAC-hs實體。
圖2UTRAN側MAC結構
在網路側,MAC-c/sh位於CRNC,MAC-d位於SRNC,而MAC-hs位於NodeB,如果配置了MAC-c/sh,則MAC-shSDU的傳送路徑為MAC-d―Iur(或無須通過Iur)―MAC-c/sh―Iub―MAC-sh;如果沒有配置MAC-c/sh,則MAC-shSDU的傳送路徑為MAC-d―Iub/Iur―MAC-sh;HARQ的具體配置信息由RRC通過MAC-ControlSAP提供。為支持MAC-d和MAC-hs之間的數據傳輸,需要增加MAC-d與MAC-hs間的流量控制功能。
UTRAN側MAC-hs實體
圖3UTRAN側MAC-hs實體
如圖3所示,每個支持HS-DSCH的小區對應一個MAC-hs實體,MAC-hs負責處理HS-DSCH數據傳送,同時還負責管理HSDPA的物理資源。在MAC_hs中對每個MAC-dPDU都進行優先權處理。MAC_hs包括以下四個功能模組:
- FlowControl(流量控制):
完成MAC-hs與MAC-d或MAC-c/sh之間的流量控制,以減少層2的時延,減少由於HS-DSCH擁塞導致的數據丟失和重傳。
-Scheduling/PriorityHandling(調度/優先權處理):
該模組主要完成的功能包括對小區內所有用戶進行調度。一個UE可以有一個或多個MAC-d數據流,每個MAC-d數據流包括的HS-DSCHMAC-dPDUs根據優先權分配至一個或多個優先權佇列,一個優先權佇列只對應一個MAC-d數據流。
確定HARQ實體(一個HARQ實體處理一個用戶),對於每個待傳送的MAC-hsPDU,向HARQ實體指示QueueID(即優先權佇列識別號)和TSN。
根據上行鏈路的反饋的狀態報告確定是傳送新的數據還是重傳數據。
確定冗餘版本;
確定HCSN,向某用戶傳送HS-SCCH時,該用戶的HCSN加一。
- HARQ:
完成HARQ功能。一個HARQ實體能支持多進程的SAWHARQ協定,每個HS-DSCHTTI只能運行一個HARQ進程。
根據scheduler功能模組的指示,設定MAC-hsPDU的QueueID,TSN。傳送數據時,確定HARQ的進程,設定相應的HARQprocessID。
負責將狀態報告傳送至Scheduling功能模組。
- TFRCselection:
為HS-DSCH選擇適當的傳輸格式及傳輸資源。
UE側MAC結構
UE側MAC總體結構
如圖4所示為引入HSDPA後UE側MAC總體結構。從結構上看,原有的MAC-d、MAC-c/sh沒有變化,只是新增了一個MAC-hs實體。
圖4UE側MAC結構
下行鏈路上,從HS-DSCH接收到的數據傳送至MAC-hs處理,處理完的數據傳送至MAC-d。MAC-hs的配置由RRC通過MACControlSAP配置。相關的下行信令攜帶了支持HS-DSCH的信息,相關上行信令攜帶了反饋給網路側的信息。
UE側MAC-hs實體
圖5UE側MAC-hs實體
如圖5所示為UE側MAC-hs實體結構,UE側MAC_hs處理HSDPA相關功能,主要包括HARQ、Re-orderingqueuedistribution、Reordering和Disassembly功能模組:
-HARQ:
HARQ實體主要完成和HARQ協定相關的MAC功能。處理HARQ所有任務,負責產生ACK/NACK。HARQ的具體配置信息由RRC通過MAC-ControlSAP提供。
UE的HARQ實體包括多個HARQ進程,不過每個HS-DSCHTTI只能有一個HARQ進程。HS-SCCH中攜帶HARQ進程識別,指示隨後接收的HS-DSCH由哪個HARQ進程處理。
-ReorderingQueuedistribution:
根據QueueID將MAC-hsPDUs分派到不同的reorderingbuffer。
- Reordering:
對應每個Queue有一個Reordering實體,Reordering實體根據接收到的TSN(傳輸序列號)對PDU進行排序,將TSN連續的PDU送至disassembly實體。
-Disassembly:
負責對MAC-hsPDUs進行拆分。去除MAC-hs頭,抽取MAC-dPDU並遞交到高層。
信道
TD-HSDPA中的信道如表1所示,其中有灰底的條目表示TD-HSDPA新增信道。
表1TD-HSDPA中的信道
信道分類 | 信道名稱 | 功能 |
邏 輯 信 道 | 廣播控制信道(BCCH) | 承載廣播系統的控制信息 |
尋呼控制信道(PCCH) | 網路不知道UE所在小區位置時,傳輸尋呼信息 | |
專用控制信道(DCCH) | 在UE和網路間雙向傳遞專用控制信息 | |
公共控制信道(CCCH) | 在UE和網路間雙向傳遞控制信息 | |
專用業務信道(DTCH) | 雙向傳遞用戶信息 | |
公共業務信道(CTCH) | 為一個或多個UE傳遞專用的用戶信息 | |
共享控制信道(SHCCH) | 在UE和網路間傳遞有關上下行共享信道的控制信息 |
續表
信道分類 | 信道名稱 | 功能 |
傳 輸 信 道 | 廣播信道(BCH) | 用於廣播系統和小區的特有訊息 |
上行共享信道(USCH) | 承載專用控制數據或業務數據,可被UE共享 | |
下行共享信道(DSCH) | 承載專用控制數據和業務數據,可被UE共享 | |
尋呼信道(PCH) | 發射尋呼信息,以支持UE有效的休眠模式 | |
前向接入信道(FACH) | 系統知道移動台所在小區位置時,承載向移動台發射的控制信息;承載短得用戶信息數據包 | |
隨機接入信道(RACH) | 承載來自移動台的控制信息和一些短的用戶信息數據包 | |
高速下行共享信道(HS-DSCH) | HSDPA專用傳輸信道,不同UE可以通過時分復用和碼分復用來共享 | |
物 理 信 道 | 專用物理信道(DPCH) | 承載與DCH有關的信息 |
尋呼指示信道(PICH) | 為UE提供有效的休眠模式操作 | |
上行導頻信道(UpPCH) | 用於物理同步 | |
下行導頻信道(DwPCH) | 用於物理同步 | |
主公共控制物理信道(PCCPCH) | 承載來自BCH的信息,用作整個小區的系統廣播 | |
輔助公共控制物理信道(SCCPCH) | 承載來自PCH和FACH的數據 | |
物理隨機接入信道(PRACH) | 承載來自RACH的數據 | |
物理上行共享信道(PUSCH) | 承載來自USCH的數據 | |
物理下行共享信道(PDSCH) | 承載來自DSCH的數據 | |
快速物理接入信道(FPACH) | NodeB使用它來回響UE傳送的接入請求,同時對UE的傳送功率和同步偏移進行調整 | |
高速物理下行共享信道(HS-PDSCH) | 承載與HS-DSCH有關的信息 | |
HS-DSCH共享控制信道(HS-SCCH) | 承載與HS-SCCH有關的高層控制信息 | |
HS-DSCH共享信息信道(HS-SICH) | 承載與HS-SCCH有關的高層控制信息和信道質量指示信息 |
圖6和圖7分別詳盡地表示了UTRAN和UE側的物理信道、傳輸信道、邏輯信道的映射關係。
圖6UTRAN側的物理信道、傳輸信道、邏輯信道的映射關係
圖7UE側的物理信道、傳輸信道、邏輯信道的映射關係
與R4不同,HSDPA引入了傳輸信道:高速下行共享信道(HS-DSCH),以及物理信道:高速物理下行共享信道(HS-PDSCH)、HS-DSCH共享控制信道(HS-SCCH)、HS-DSCH共享信息信道(HS-SICH)。
下面介紹新增信道中的HS-DSCH。
HS-DSCH是HSDPA專用傳輸信道,對不同的UE可以通過時分復用和碼分復用來共享HS-DSCH,它是根據傳輸時間間隔被分配給用戶。對同一個UE可以進行多碼傳輸,這取決於UE的能力。它映射到物理信道HS-PDSCH,HS-PDSCH的擴頻因子SF可以為1或者16。
1.HS-DSCH信道的協定結構
HS-DSCH的部分功能在沒有升級到具備HS-DSCH功能的蜂窩環境中也能實現,在這個結構體中,R4原有的分組數據匯聚協定(PDCP)子層、無線鏈路控制(RLC)子層和MAC-d子層沒有改變。不同的是,新增了一個MAC-hs實體,該功能實體包含HARQ和HSDPA的調度功能以及對HS-DSCH的控制功能。
在NodeB側,有兩種可以採用的協定配置。
(1)有MAC-c/sh配置:NodeB中的MAC-hs位於CRNC中的MAC-c/sh之下。MAC-c/sh可以為HS-DSCH提供像R4中DSCH同樣的功能,HS-DSCH幀協定(FP)用來處理SRNC到CRNC以及CRNC和NodeB之間的數據傳輸。協定結構如圖8所示。
(2)無MAC-c/sh配置:CRNC沒有任何用於HS-DSCH的用戶面功能,SRNC中的MAC-d直接在NodeB中的MAC-hs之上。在HS-DSCH用戶平面中,SRNC直接與NodeB相連,無需經過CRNC。協定結構如圖9所示。
2.HS-DSCH信道特徵
(1)一個HS-DSCH只在一個CCTrCH中進行信息處理和解碼。
(2)每個UE只有一個CCTrCH是為HS-DSCH配置的。
(3)CCTrCH可以映射到一個或多個物理信道HS-PDSCH上。
(4)每個CCTrCH中只有一個HS-DSCH。
(5)僅存在於下行鏈路。
(6)可以進行波束賦形。
(7)除功率控制,可以採用鏈路自適應技術進行速率控制。
(8)可以在整個小區進行廣播。
(9)總是與DPCH和一個或多個共享物理控制信道HS-SCCH對應,進行信息傳輸。
圖8有MAC-c/sh配置的HS-DSCH協定結構圖
圖9無MAC-c/sh配置的HS-DSCH協定結構圖